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想到比看见重要

 新用户65120Joi 2022-10-28 发布于山西
复习带电粒子在磁场中的运动

只受洛伦兹力的情况下:先对磁场客体做了如下分类,非匀强磁场和匀强磁场,两类磁场中,带电粒子所受洛伦兹力的共同点:洛伦兹力对带电粒子都不会做功。这也是静电场和静磁场中最大的不同,由于洛伦兹力不对粒子做功,所以不讨论有关磁场的势能,因为没有讨论的基础。

对于匀强磁场,只考虑磁场对带电粒子的作用时,根据带电粒子入射方向与磁场方向的夹角关系,分三种情况讨论。

1.B、v的方向共线时,最简单,洛伦兹力为零;

2.B、v方向相互垂直时,粒子做圆周运动,这是研究的重点。

3.B、v方向既不垂直,也不共线时,粒子做螺旋线运动,可以计算螺距及半径,通过分解矢量的方法变为一个空间内匀速直线与匀速圆周的问题。这种情况很少涉及。

对B、v方向垂直的情况,对磁场的边界进行了两个基本分类,直线边界和圆形磁场边界。




分别对直线边界和圆形边界的磁场进行作图,直线边界分为正负两种电荷作图,圆形边界分为对准圆心与偏离圆心两类作图。有了图形之后,直线边界磁场找偏转圆半径、偏转角、弦长(入射点与出射点间距离)的关系。



圆形磁场边界,连接入射点、出射点、轨迹圆、偏转圆圆心四个关键点,找两个圆的半径及角度的关系。
找对应几何关系的过程,就把问题转化成了一个几何问题,而且是有关三角形与圆的几何问题。


学生亲自动手作图找第一感觉,绝不包办。五个图画完,几何关系找出后。进行题型练习,体会这两类磁场的基础性。


这道高考题有了问题:通过作图可以求出答案,但不明白为什么相切(过点c与半圆弧相切)就是答案。


条件给的磁场造型还是很独特的,直线边界外接半圆,所讲的两种有界磁场小组合了一下,问的问题是运动的最长时间。而对于粒子的初速度,方向确定,大小不限,通过规律知道:同一粒子在同一磁场中的运动时间,取决于偏转角。直线边界磁场作图的启发是:出入速度方向与边界的夹角是相同的。

利用这个结论,对于粒子在磁场中的运动时间问题,思维上把所有形状的磁场都可以脑补为直线边界磁场,入射点和出射点的连线就是直线的边界。这样思考之后,求解时间问题就变为了一个找圆心角最大的圆弧的问题。入射速度方向与圆弧所对应的弦的夹角越大,所用时间越长。

本题中,入射速度方向是确定的,出射点的位置决定弦与入射速度的夹角大小。c点与半圆相切时,切点位置为出射点位置时,粒子在磁场中的运动时间最长


本题的启示:磁场的固有形状与脑中的直线边界要有机结合,客观边界和思考的边界要找到连接点。无论何种磁场形状,入射点和出射点的连线就是思维中的直线边界,就可以利用圆和等腰三角形的几何知识求解。实际磁场是什么图形不太重要,思维上如何重新构造磁场形状才重要。

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